نحوه عملكرد كاتاليست و تفاوت كاتاليست‌هاي احياكننده و اكسيداسيون

[EN-EZEL 13039]

نويسنده : سيد كامران ميرجلالي

 

 

نحوه كار مبدل‌هاي كاتاليستي

ميليون‌ها خودروي در حال كار، منبعي بالقوه براي ايجاد آلودگي هوا هستند. خودروسازان براي كاهش آلودگي هوا ناشي از عملكرد خودروها، وسيله‌اي مخصوص موسوم به مبدل كاتاليستي را طراحي كرده‌‌اند كه گازهاي خروجي حاصل از احتراق در موتور، از اين مبدل عبور كرده و به دليل واكنش‌هاي شيميايي درون آن، ميزان قابل توجهي از آلاينده‌ها حذف مي‌شود.

آلاينده‌هاي ناشي از موتور خودرو

عمده آلاينده‌هاي ايجاد شده از فرايند احتراق در موتور خودروها عبارتند از:

 

• مونوكسيدكربن (co): گازي سمي، بي‌بو و بي‌رنگ و به شدت خطرناك.

  
   
  

• هيدروكربن‌ها (CnHn): اين تركيبات عموما ناشي از سوخت نسوخته‌اي هستند كه بخار مي‌شود. اين تركيبات در معرض نور خورشيد به اكسيدان‌ها تجزيه شده و با اكسيد نيتروژن واكنش مي‌دهند و تاثيرات مخربي بر لايه ازن دارند.

  
   
  

• اكسيدهاي نيتروژن (Nox): اين تركيبات زمينه‌ساز پديده‌هاي «مه‌دود» و باران‌هاي اسيدي مي‌شوند.

  
  

آلاينده‌هاي فوق، فلسفه وجودي طراحي مبدل‌هاي كاتاليستي هستند. در اثر واكنش‌هاي شيميايي درون مبدل، درصد زيادي از آلاينده‌هاي يادشده به تركيبات زير تبديل مي‌شوند:

o Co2

o H2O

o N2

ساختار مبدل‌هاي كاتاليستي

كاتاليست‌ها از نظر ساختاري به دو دسته عمومي كاتاليست‌هاي فلزي و سراميكي تقسيم‌بندي مي‌شوند.

 

• مبدل‌هاي سراميكي: هسته اصلي اين مبدل‌ها، سراميكي از ريشه كوئردريت و به شكل عمومي لانه زنبوري است. فلزات گرانبهايي كه كاتاليزور واكنش‌هاي مبدل كاتاليستي هستند (معمولا پلاتين، روديوم و يا پالاديوم) توسط لايه‌اي واسط بر سطح مجراهاي اين هسته سراميكي نشانده مي‌شوند.

  
   
  

• مبدل‌هاي فلزي: هسته اصلي اين مبدل‌ها نوار ورقه‌اي فرم‌داري است كه به صورت كلاف درآمده است. مشابه مبدل‌هاي سراميكي، فلزات گرانبها با لايه واسط بر سطح مجراهاي اين هسته فلزي نشانده شده است.

  
  

مبدل‌هاي كاتاليستي در كاهش آلودگي

كاهش آلاينده‌ها در مبدل‌هاي كاتاليستي، ناشي از يك سري واكنش‌هاي شيميايي در مجاورت فلزات گرانبهايي است كه نقش كاتاليزور را بر عهده دارند. ايده اصلي ايجاد ساختاري با بيشترين سطح تماس ممكنه (محل نشانده شدن فلزات كاتاليزور) با گازهاي خروجي حاصل از احتراق در موتور با گازهاي خروجي حاصل از احتراق در موتور به شرط حداقل استفاده از كاتاليزورهاي موردنياز (چون بسيار گرانقيمت هستند) است.

از نظر واكنش‌هاي شيميايي كه در مبدل كاتاليستي صورت مي‌پذيرد دو نوع كاتاليست وجود دارد:

1. كاتاليست احياءكننده

در اين كاتاليست از فلزات استفاده شده است. وقتي مولكول‌هاي اكسيد نيتروژن با كاتاليست تماس برقرار مي‌كنند، اتم نيتروژن توسط كاتاليست از مولكول جدا و اكسيژن به فرم O2 آزاد مي‌شود. اتم‌هاي نيتروژن جداشده با ديگر اتم‌ها پيوند برقرار كرده و فرم N2 را به خود مي‌گيرند. از آنجا كه از نظر شيميايي، واكنش احياء در اين فعل و انفعال صورت مي‌پذيرد، به آن كاتاليست احياء‌كننده گفته مي‌شود.

2. كاتاليست اكسيداسيون

از اين كاتاليست به منظور حذف مونواكسيدكربن و هيدروكربن‌هاي نسوخته استفاده مي‌شود. اين كار با سوزاندن (اكسيداسيون) آلاينده‌هاي يادشده بر روي فلزات گرانبهاي پالاديوم و پلاتين صورت مي‌پذيرد. به بياني ديگر، Co و هيدروكربن‌هاي نسوخته در معرض فلزات يادشده با اكسيژن باقيمانده در گازهاي حاصل از احتراق واكنش مي‌شوند.

HC+O2 CO2+H2O

CO+1/2O2 CO2

از آنجا كه واكنش اكسيداسيون در اين فعل و انفعال صورت مي‌پذيرد به اين نوع مبدل، كاتاليست اكسيداسيون گفته مي‌شود.

مبدل‌هاي كاتاليستي با توجه به سطح قابل انتظار از مبدل براي كنترل آلاينده‌ها، مي‌توانند صرفا فقط شامل كاتاليست اكسيداسيون (مبدل دو راهه) و يا تركيبي از كاتاليست احياءكننده و اكسيدكننده (مبدل سه راهه) باشند.

طرح قابل انتظار آلاينده‌ها خروجي از موتور خودروها

مبدل‌هاي كاتاليستي گرچه ميزان قابل توجهي از آلاينده‌هاي ناشي از احتراق را كاهش مي‌دهند. اين كار به صورت 100درصد انجام نمي‌شود. لذا بسته به كشور و مناطق مختلف، سطح قابل قبول آلاينده‌هاي خروجي از موتور خودروها، متفاوت است. اطلاعات مربوط به استاندارد اروپايي سطح قابل قبول آلاينده‌ها در جدول ارائه شده است:

استاندارد اروپايي سطح قابل قبول آلاينده‌هاي خروجي از خودرو

منابع

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام